Kwasy tłuszczowe – kwasy monokarboksylowe o wzorze ogólnym R–COOH (R oznacza prosty łańcuch węglowodorowy o długości co najmniej trzech atomów węgla, a COOH jest grupą karboksylową znajdującą się na końcu tego łańcucha). Pojęcie kwasów tłuszczowych bywa rozszerzane na wszystkie alifatyczne niecykliczne kwasy karboksylowe.
Kwasy tłuszczowe występujące naturalnie wchodzą w skład tłuszczów lub występują w postaci „wolnej” (tzn. wolne kwasy tłuszczowe, FFA, z ).
Łańcuch węglowodorowy naturalnych kwasów tłuszczowych jest zazwyczaj prosty (nierozgałęziony) i może zawierać kilka wiązań podwójnych (o konfiguracji Z). Dla kwasów zawierających 10 lub więcej atomów węgla stosuje się określenie wyższe kwasy tłuszczowe. Naturalne kwasy tłuszczowe zbudowane są z parzystej liczby atomów węgla, a ich liczba wynosi najczęściej 12–20. Od niższych kwasów karboksylowych różnią się głównie tym, że z powodu przewagi części hydrofobowej nad hydrofilową są nierozpuszczalne w wodzie i mają neutralne pH. Kwasy tłuszczowe często oznacza się w notacji n:m, gdzie n to liczba atomów węgla w cząsteczce (wliczając w to atom zawarty w grupie karboksylowej), zaś m to liczba wiązań podwójnych między nimi.